(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群及び全体で負の屈折力を有する第３レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は、負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）で物体側に凸のメニスカス形状である第１レンズ、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）で非メニスカス形状である第２レンズ及び負レンズである第３レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は、正レンズである第４レンズ、負レンズで物体側に凸のメニスカス形状である第５レンズ及び正レンズである第６レンズを配して構成され、前記第３レンズ群は、負レンズである第７レンズを配して構成されるズームレンズであって、変倍に関して前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群の位置を光軸方向に移動することにより、または前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群に加えて前記第３レンズ群の位置を移動することにより成しており、前記第１レンズ群の有するパワーに関して下記条件式（１）を満足しており、レンズ全系の大きさに関して下記条件式（２）を満足しており、また前記第３レンズ群の有するパワーに関して下記条件式（３）を満足していることを特徴とするズームレンズ。
（１）    −０．８ ≦ｆw／ｆI ≦ −０．４
（２）    ５．５ ≦ＴＬw／ｆw ≦ ７．５
（３）    −０．４ ≦ｆw／ｆIII ≦ ０
ただし、
ｆw  ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆI  ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｆIII   ：第３レンズ群の合成焦点距離
ＴＬw  ：広角端における第１レンズ群を構成する第１レンズの物体側面から像面までの距離（ただし、平行平面ガラス部分は空気換算距離）
【請求項２】
物体側より順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群及び全体で負の屈折力を有する第３レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は、負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）で物体側に凸のメニスカス形状である第１レンズ、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）で非メニスカス形状である第２レンズ及び負レンズである第３レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は、正レンズである第４レンズ、負レンズで物体側に凸のメニスカス形状である第５レンズ及び正レンズである第６レンズを配して構成され、前記第３レンズ群は、負レンズである第７レンズを配して構成されるズームレンズであって、変倍に関して前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群の位置を光軸方向に移動することにより、または前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群に加えて前記第３レンズ群の位置を移動することにより成しており、前記第２レンズの有するパワーに関して下記条件式（４）を満足していることを特徴とするズームレンズ。
（４）    ０．２２ ≦ｆw／ｆ２ ≦ ０．４５
ただし、
ｆw  ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆ２  ：第１レンズ群を構成する第２レンズの焦点距離
【請求項３】
前記請求項１から前記請求項２のいずれかの一項に記載されるズームレンズを搭載していることを特徴としたカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にデジタルスチルカメラなどに搭載するためのＣＣＤ（charged coupled device）などのイメージセンサを使用した小型の撮像装置に用いられる高性能な広角端に広角域を含む３乃至４倍程度の標準系ズームレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年異常なまでのスピードで繰り広げられていたデジタルスチルカメラに使用されているイメージセンサのいわゆる画素数競争が一段落して、ここ数年デジタルスチルカメラでは、画素数以外での差別化、個性化の流れが生じている。その中でいちばん大きな流れともいえるのがカメラの小型化であり、中でも普及タイプのいわゆるコンパクトカメラタイプの小型カメラには、「カードサイズ」を謳った製品も多く発売されている。カードサイズを仕様としたカメラでは、正面から見たときの大きさが概ねクレジットカードなどの大きさであることは当然の事ながらカメラ本体の厚さ（薄さ）に関してもインパクトのある薄さにすることが、製品そのものが市場に受け入れられるか否かを左右する重要な要素となる。多くの場合、カメラ本体を薄く設計するために一番の障害となるのが、撮影レンズの光軸方向の寸法である。つまり一般的なカメラの構成要素の配置を取る以上、製品の正面と撮影レンズの光軸とが直交するため、この光軸方向の寸法がカメラ本体の厚さを左右する要素となってしまい、製品厚を薄くすることは直接撮影レンズの光軸方向の寸法の縮小を意味し困難を伴うのである。このため、カードサイズのデジタルスチルカメラの当初の段階では、光軸方向の寸法が少しでも小さくすることが可能である単焦点レンズが採用され、しかもこの問題を解決する手段として、例えば特開２００２−２２８９２２号公報（特許文献１）に開示されているようなＣＣＤ等のイメージセンサ特有のテレセントリック性の見直しを含めた独自のレンズタイプの創出などの工夫がされて製品化された。しかしながら、カメラへのズームレンズ搭載の要望は強く、その結果として現在では、カードサイズのデジタルスチルカメラにおいても製品の主流はズームレンズ搭載のカメラとなっている。
【０００３】
この流れは、カメラ機能付の携帯電話でも同様である、多くの場合、撮影レンズの寸法が製品の厚さを決めてしまい、単焦点レンズを採用しており、光学式ズームレンズ採用の携帯電話が普及せずコンパクトな製品では２倍ズームに止まっているのが現状である。ただ、携帯電話に搭載される撮影レンズは同様のイメージセンサを使用しているが、デジタルスチルカメラほどの画質へ要望がないため、性能面での割り切りを含めた解決方法が考案されると予測されている。
【０００４】
カードサイズのデジタルスチルカメラにおいて、構成的にあるいは構造的に、光学系の全長が単焦点レンズに対して、どうしても長くなってしまいがちなズームレンズを搭載しても尚カメラ全体を薄く維持していく技術としては、現在のところ２つの技術に分類が出来ると考えられる。第１の技術は、例えば特開２００４−０５６３６２号公報（特許文献２）として開示されているものを代表とするもので、いわゆる屈曲式と呼ばれている技術である。屈曲式は光学系の前玉の前後の近傍にミラー或いはプリズムのような反射要素を設けて、光軸を９０度折り曲げることによってレンズ部分が大きく（厚く）なることを防いでいる。屈曲式の反射要素に関しては、カメラの薄さへの貢献度、光学系としてのスペースのロス、敏感度の問題などから、前述のように、前玉の前後に配置されることが多く、このことは広角系には向いていない欠点が指摘される一方、沈胴動作などの複雑な構造や、外力が直接加わる鏡筒が無いため、外部強度に対する機構的な考慮を必要とせず、光学設計的にも光軸方向の全長制限が緩和されるなどの特徴を有している。また、ズーム比が大きくなるほど有効な手段ということも言える。しかしながら屈曲式は技術的には前述のように優れた特徴を有しているが、カメラという製品として評価をすると、外観には鏡筒部分がなく、前玉近傍のレンズしか見ることができず、カメラ用レンズとしての価値観を表現することが難しいという商品企画上での問題点が指摘されている。
【０００５】
第２の技術は、例えば特開２００４−００４７６５号公報（特許文献３）として開示されているものを代表とするもので、いわゆるスライディング式と呼ばれる技術である。スライディング式は従来のフィルム使用のコンパクトカメラで採用されて来たズームレンズの沈胴収納方式の発展した技術と言える。この方式は、ズームレンズを構成するレンズ群の一部をレンズ収納時に光軸上よりスライド（シフト）退避し、他の光学素子と干渉しない位置に移動して収納することにより、光軸から移動したレンズ群の厚さの分、収納時の全長を短縮させようとするものである。通常、前群や後群ではなく、中程にあるレンズ群で、機構上有利なレンズ群、或いは光軸方向の寸法が大きいレンズ群を退避させることが多い。この方法での問題点は、複雑な沈胴構造が根本にあり、必要精度の確保や、外力への対応などの従来の沈胴方式の問題点をそのまま受け継ぐ他、特に退避するレンズ群の敏感度を低く設定する必要があり、このことが製造を安定して行うためには重要な要素となる。また、原理的には複数のスライディングを行えば、より製品厚さを薄くすることが出来るように考えがちであるが、じつは次に述べる理由により、あまり意味がないことがわかる。
【０００６】
収納状態を沈胴動作にて行うことを前提としたズームレンズ光学系では、各レンズ群の厚さの総和が小さくすることで収納時の全長を短縮する一方、レンズ群とレンズ群の間の空気間隔は広めに取ることで、いわゆる敏感度に配慮するといった設計手法を用いる。従って、スライディング方式のズームレンズでは、スライドする群をのぞいたレンズ群についての、厚さの総和を小さくする設計を行うこととなり、レンズ群間の空気間隔に関してはやはり広めに考慮しないと、生産上成立しないこととなる。従って、光学系の仕様にも関係するが、このような方針で設計された光学系では、収納時の大きさはコンパクトであるが、実際の使用時には収納時の大きさに対して何倍もの大きさになってしまう結果となる。通常このような光学系を実現するために、沈胴動作をする鏡筒を幾重にも重ねた構造を採用することになるが、段数を多くすればする程、ズームレンズの前方に配置されるレンズ群に対する機構構造上の配置精度を確保することが困難となり、強度的にも大きな問題となる。現在実用上成立する沈胴の段数は概ね３段程度であり、それ以上の段数のものは、設計は可能であっても、前述の理由で実用上成立しない。したがって、実は、収納時の光学系の全長と、実際の使用時の全長との間には、実は密接な関係があって、沈胴機構の成立する範囲でしか採用することが出来ない。それゆえ、複数のスライディングで収納時の全長を小さくすることは、あまり意味をなさないことが解る。すなわち、薄型化の製品厚を達成するためには収納時の光軸方向の寸法が重要であることはもちろんではあるが、このことはズームレンズのレンズ群の一群をスライド移動することで対処できることが多く、むしろ光学設計的な障害となるのは、実使用時の光軸方向の大きさであると言うことが出来るのである。
【０００７】
その一方で最新のデジタルスチルカメラの製品では、大きさや薄さを優先しつつ、またレンズの商品的価値観を表現するために、沈胴方式で、収納時長や、特に使用時長を小さく出来るといった仕様だけでなく、より高倍率、より広角化などの他社との差別化としての要望が加わった高仕様を実現可能な光学設計解が切望されているのである。
【０００８】
現在、従来のレンズ構成を元にレンズの設計を行うとすれば、前述の例えば特開２００４−００４７６５号公報（特許文献３）として開示されているもの等を代表とするもとなり、ズームレンズ全体を物体側より順に負、正、正のパワーを有する３つのレンズ群に配置するのが一般的である。これは、水晶光学フィルターやＣＣＤのカバーガラスなどの光学素子を配置するためのバックフォーカスの確保や、ＣＣＤの特性から要求されるテレセントリック性を十分確保する上では、この上ないレンズタイプの選択であるが、差別化を考えて高倍率、広角化の仕様を要望された場合、これらの特性が逆に弊害となって、これから先インパクトのある小型化は不可能となる。
【特許文献１】特開２００２−２２８９２２号公報
【特許文献２】特開２００４−０５６３６２号公報
【特許文献３】特開２００４−００４７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前述した事情に鑑み、広角端において広角域を含み、ズーム比が３乃至４倍程度を仕様とするズームレンズにおいて、光学系全体を３つのレンズ群で構成し各々のレンズ群に物体側より順に負、正、負のパワーを付与することにより、使用時における光軸方向の全長を短縮することを可能とし、また群構成として対称構成とすることで、広角化により発生し易い、歪曲収差や非点収差などの軸外収差の発生を根本的に少なくし、高性能でコンパクトなズームレンズ系を実現し、それを用いたカメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のズームレンズは、物体側より順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群及び全体で負の屈折力を有する第３レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は、負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）で物体側に凸のメニスカス形状である第１レンズ、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）で非メニスカス形状である第２レンズ及び負レンズである第３レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は、正レンズである第４レンズ、負レンズで物体側に凸のメニスカス形状である第５レンズ及び正レンズである第６レンズを配して構成され、前記第３レンズ群は、負レンズである第７レンズを配して構成されるズームレンズであって、変倍に関して前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群の位置を光軸方向に移動することにより、または前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群に加えて前記第３レンズ群の位置を移動することにより成しており、前記第１レンズ群の有するパワーに関して下記条件式（１）を満足しており、レンズ全系の大きさに関して下記条件式（２）を満足しており、また前記第３レンズ群の有するパワーに関して下記条件式（３）を満足していることを特徴とする。（請求項１）
（１）      −０．８ ≦ｆw／ｆI ≦ −０．４
（２）      ５．５ ≦ＴＬw／ｆw ≦ ７．５
（３）      −０．４ ≦ｆw／ｆIII ≦ ０
ただし、
ｆw    ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆI    ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｆIII   ：第３レンズ群の合成焦点距離
ＴＬw  ：広角端における第１レンズ群を構成する第１レンズの物体側面から像面までの距離（ただし、平行平面ガラス部分は空気換算距離）
【００１８】
本発明の他のズームレンズは、物体側より順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群及び全体で負の屈折力を有する第３レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は、負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）で物体側に凸のメニスカス形状である第１レンズ、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）で非メニスカス形状である第２レンズ及び負レンズである第３レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は、正レンズである第４レンズ、負レンズで物体側に凸のメニスカス形状である第５レンズ及び正レンズである第６レンズを配して構成され、前記第３レンズ群は、負レンズである第７レンズを配して構成されるズームレンズであって、変倍に関して前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群の位置を光軸方向に移動することにより、または前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群に加えて前記第３レンズ群の位置を移動することにより成しており、前記第２レンズの有するパワーに関して下記条件式（４）を満足していることを特徴とする。（請求項２）
（４）    ０．２２ ≦ｆw／ｆ２ ≦ ０．４５
ただし、
ｆw  ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆ２  ：第１レンズ群を構成する第２レンズの焦点距離
また、上記のようなズームレンズをカメラの撮影レンズとして搭載することが好ましい。（請求項３）
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、従来ズーム比が３倍程度の標準系ズームレンズ光学系と同様な大きさやコストを維持しつつ、全体を３つのレンズ群で構成し各々のレンズ群に物体側より順に負、正、負のパワーを付与したことを特徴とするレンズタイプを採用することにより、ズーム比を３乃至４倍に維持または拡大し、広角端の画角を広角域に広げた仕様の高性能ズームレンズを実現し、他社との差別化を可能としたカメラを提供する事が出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に関する具体的な数値実施例について、実施例１から実施例５として説明する。以下の実施例１から実施例５では、物体側より順に、第１レンズ群ＬＧ１、第２レンズ群ＬＧ２及び第３レンズ群ＬＧ３から構成され、前記第１レンズ群ＬＧ１は全体で負の屈折力を有し、負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）で物体側に凸のメニスカス形状である第１レンズＬ１（第１レンズＬ１の物体側面を１面、像側面を２面とする）、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第２レンズＬ２（第２レンズＬ２の物体側面を３面、像側面を４面とする）及び負レンズである第３レンズＬ３（第３レンズＬ３の物体側面を５面、像側面を６面とする）を配して構成され、前記第２レンズ群ＬＧ２は全体で正の屈折力を有し、正レンズである第４レンズＬ４（第４レンズＬ４の物体側面を７面、像側面を８面とする）、負レンズで物体側に凸のメニスカス形状である第５レンズＬ５（第５レンズＬ５の物体側面を９面、像側面を１０面とする）及び正レンズである第６レンズＬ６（第６レンズＬ６の物体側面を１１面、像側面を１２面とする）を配して構成され、前記第３レンズ群ＬＧ３は全体で負の屈折力を有し、負レンズである第７レンズＬ７（第７レンズＬ７の物体側面を１３面、像側面を１４面とする）を配して構成される。また、前記第７レンズＬ７の像側面１４面と像面の間には空気間隔をおいて水晶光学フィルターＬＰＦ（水晶光学フィルターＬＰＦの物体側面を１５面、像側面を１６面とする）及びＣＣＤの撮像部分の保護用としてのカバーガラスＣＧ（カバーガラスＣＧの物体側面を１７面、像側面を１８面とする）が配されている。通常ＣＣＤなどのイメージセンサを扱う上で必要とされる赤外光のカットは前記水晶光学フィルターＬＰＦの屈折面の一面に赤外反射コーティングを施すことにより対処しているものとして図示しない。変倍に関しては前記第１レンズ群ＬＧ１及び前記第２レンズ群ＬＧ２の位置を光軸方向に移動することにより、または前記第１レンズ群ＬＧ１及び前記第２レンズ群ＬＧ２に加えて前記第３レンズ群ＬＧ３の位置を移動することにより成している。また各実施例において、有限距離の物体に対する焦点調節に関しては前記第１レンズ群ＬＧ１または前記第３レンズ群ＬＧ３の位置を光軸方向に移動することにより成すことは可能であるが、これらの方法に限定するものではない。
【００２１】
さらに、各実施例において使用している非球面については、周知のごとく、光軸方向にＺ軸、光軸と直交する方向にＹ軸をとるとき、非球面式：
Ｚ＝（Ｙ2 ／Ｒ）／〔１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ／Ｒ）2 ｝〕
＋Ａ・Ｙ4 ＋Ｂ・Ｙ6 ＋Ｃ・Ｙ8 ＋Ｄ・Ｙ10＋‥‥
で与えられる曲線を光軸の回りに回転して得られる曲面で、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の非球面係数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを与えて形状を定義する。尚表中の円錐定数及び高次の非球面係数の表記において「Ｅとそれに続く数字」は「１０の累乗」を表している。例えば、「Ｅ−０４」は１０-4を意味し、この数値が直前の数値に掛かる。
【００２２】
［実施例１］
本発明のズームレンズの第１実施例について数値例を表１に示す。また図１は、そのレンズ構成図、図２はその諸収差図である。表及び図面中、ｆはレンズ全系の焦点距離（以下左側から広角端、中間域、望遠端における値を示す）、ＦnoはＦナンバー、２ωはレンズの全画角を表す。また、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、ｎd はｄ線の屈折率、νd はｄ線のアッベ数を示す。諸収差図中の球面収差図におけるｄ、ｇ、Ｃはそれぞれの波長における収差曲線である。またＳ．Ｃ．は正弦条件を示している。非点収差図におけるＳはサジタル、Ｍはメリディオナルを示している。
【００２３】
【表１】
0005299985.tif 000002
【００２４】
［実施例２］
本発明のズームレンズの第２実施例について数値例を表２に示す。また図３は、そのレンズ構成図、図４はその諸収差図である。
【００２５】
【表２】
0005299985.tif 000003
【００２６】
［実施例３］
本発明のズームレンズの第３実施例について数値例を表３に示す。また図５は、そのレンズ構成図、図６はその諸収差図である。
【００２７】
【表３】
0005299985.tif 000004
【００２８】
［実施例４］
本発明のズームレンズの第４実施例について数値例を表４に示す。また図７は、そのレンズ構成図、図８はその諸収差図である。
【００２９】
【表４】
0005299985.tif 000005
【００３０】
［実施例５］
本発明のズームレンズの第５実施例について数値例を表５に示す。また図９は、そのレンズ構成図、図１０はその諸収差図である。
【００３１】
【表５】
0005299985.tif 000006
【００３２】
次に実施例１から実施例５に関して条件式（１）から条件式（１５）に対応する値を、まとめて表６に示す。
【００３３】
【表６】
0005299985.tif 000007
【００３４】
表６から明らかなように、実施例１から実施例５の各実施例に関する数値は条件式（１）から（１５）を満足しているとともに、各実施例における収差図からも明らかなように、各収差とも良好に補正されている。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるズームレンズの第１実施例のレンズ構成図
【図２】第１実施例のレンズの諸収差図
【図３】本発明によるズームレンズの第２実施例のレンズ構成図
【図４】第２実施例のレンズの諸収差図
【図５】本発明によるズームレンズの第３実施例のレンズ構成図
【図６】第３実施例のレンズの諸収差図
【図７】本発明によるズームレンズの第４実施例のレンズ構成図
【図８】第４実施例のレンズの諸収差図
【図９】本発明によるズームレンズの第５実施例のレンズ構成図
【図１０】第５実施例のレンズの諸収差図
【図１】
0005299985.tif 000008
【図２】
0005299985.tif 000009
【図３】
0005299985.tif 000010
【図４】
0005299985.tif 000011
【図５】
0005299985.tif 000012
【図６】
0005299985.tif 000013
【図７】
0005299985.tif 000014
【図８】
0005299985.tif 000015
【図９】
0005299985.tif 000016
【図１０】
0005299985.tif 000017